﻿// MD5.cpp
/* 
 * MD5 算法
 * 由 Frank Thilo (thilo@unix-ag.org) 转换为 C++ 类
 * 用于 bzflag (http://www.bzflag.org)
 *
 * 基于:
 * md5.h 和 md5.c
 * RFC 1321 的参考实现
 *
 * 版权所有 (C) 1991-2, RSA Data Security, Inc. 创建于 1991. 保留所有权利。
 * 版权所有 (c) 2016-2019 xiongziliang <771730766@qq.com>
 *
 * 在所有提及或引用本软件或此功能的材料中，标识为 "RSA Data Security, Inc. MD5 消息摘要算法"
 * 的情况下，授予复制和使用本软件的许可。
 *
 * 也授予制作和使用衍生作品的许可，前提是这些作品在所有提及或引用衍生作品的材料中被标识为
 * "源自 RSA Data Security, Inc. MD5 消息摘要算法"。
 *
 * RSA Data Security, Inc. 不对本软件的适销性或对任何特定用途的适用性作任何陈述。
 * 本软件按"原样"提供，没有任何形式的明示或暗示担保。
 *
 * 这些声明必须保留在本文档和/或软件的任何部分的任何副本中。
 */

/* 接口头文件 */
#include "MD5.h"
/* 系统实现头文件 */
#include <cstdio>
#include <cstring>

namespace toolkit {

// MD5Transform 例程的常量
#define S11 7
#define S12 12
#define S13 17
#define S14 22
#define S21 5
#define S22 9
#define S23 14
#define S24 20
#define S31 4
#define S32 11
#define S33 16
#define S34 23
#define S41 6
#define S42 10
#define S43 15
#define S44 21

///////////////////////////////////////////////

// F, G, H 和 I 是基本的 MD5 函数
inline Md5::uint4 Md5::f(uint4 x, uint4 y, uint4 z) {
    return (x&y) | (~x&z);
}

inline Md5::uint4 Md5::g(uint4 x, uint4 y, uint4 z) {
    return (x&z) | (y&~z);
}

inline Md5::uint4 Md5::h(uint4 x, uint4 y, uint4 z) {
    return x^y^z;
}

inline Md5::uint4 Md5::i(uint4 x, uint4 y, uint4 z) {
    return y ^ (x | ~z);
}

// rotateLeft 将 x 向左旋转 n 位
inline Md5::uint4 Md5::rotateLeft(uint4 x, int n) {
    return (x << n) | (x >> (32-n));
}

// FF, GG, HH 和 II 是第 1, 2, 3 和 4 轮的转换
// 旋转与加法分开以防止重新计算
inline void Md5::ff(uint4 &a, uint4 b, uint4 c, uint4 d, uint4 x, uint4 s, uint4 ac) {
    a = rotateLeft(a + f(b,c,d) + x + ac, s) + b;
}

inline void Md5::gg(uint4 &a, uint4 b, uint4 c, uint4 d, uint4 x, uint4 s, uint4 ac) {
    a = rotateLeft(a + g(b,c,d) + x + ac, s) + b;
}

inline void Md5::hh(uint4 &a, uint4 b, uint4 c, uint4 d, uint4 x, uint4 s, uint4 ac) {
    a = rotateLeft(a + h(b,c,d) + x + ac, s) + b;
}

inline void Md5::ii(uint4 &a, uint4 b, uint4 c, uint4 d, uint4 x, uint4 s, uint4 ac) {
    a = rotateLeft(a + i(b,c,d) + x + ac, s) + b;
}

//////////////////////////////////////////////

// 默认构造函数，仅初始化
Md5::Md5()
{
    init();
}

//////////////////////////////////////////////

// 便捷的快捷构造函数，立即计算字符串的 MD5 并完成
Md5::Md5(const std::string &text)
{
    init();
    update(text.c_str(), text.length());
    finalize();
}

//////////////////////////////

void Md5::init()
{
    finalized = false;

    count[0] = 0;
    count[1] = 0;

    // 加载魔术初始化常量
    state[0] = 0x67452301;
    state[1] = 0xefcdab89;
    state[2] = 0x98badcfe;
    state[3] = 0x10325476;
}

//////////////////////////////

// 将输入(unsigned char)解码为输出(uint4)。假设 len 是 4 的倍数
void Md5::decode(uint4 output[], const uint1 input[], sizeType len)
{
    for (unsigned int i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4)
        output[i] = ((uint4)input[j]) | (((uint4)input[j+1]) << 8) |
        (((uint4)input[j+2]) << 16) | (((uint4)input[j+3]) << 24);
}

//////////////////////////////

// 将输入(uint4)编码为输出(unsigned char)。假设 len 是 4 的倍数
void Md5::encode(uint1 output[], const uint4 input[], sizeType len)
{
    for (sizeType i = 0, j = 0; j < len; i++, j += 4) {
        output[j] = input[i] & 0xff;
        output[j+1] = (input[i] >> 8) & 0xff;
        output[j+2] = (input[i] >> 16) & 0xff;
        output[j+3] = (input[i] >> 24) & 0xff;
    }
}

//////////////////////////////

// 在块上应用 MD5 算法
void Md5::transform(const uint1 block[blockSize])
{
    uint4 a = state[0], b = state[1], c = state[2], d = state[3], x[16];
    decode(x, block, blockSize);

    /* 第 1 轮 */
    ff(a, b, c, d, x[ 0], S11, 0xd76aa478); /* 1 */
    ff(d, a, b, c, x[ 1], S12, 0xe8c7b756); /* 2 */
    ff(c, d, a, b, x[ 2], S13, 0x242070db); /* 3 */
    ff(b, c, d, a, x[ 3], S14, 0xc1bdceee); /* 4 */
    ff(a, b, c, d, x[ 4], S11, 0xf57c0faf); /* 5 */
    ff(d, a, b, c, x[ 5], S12, 0x4787c62a); /* 6 */
    ff(c, d, a, b, x[ 6], S13, 0xa8304613); /* 7 */
    ff(b, c, d, a, x[ 7], S14, 0xfd469501); /* 8 */
    ff(a, b, c, d, x[ 8], S11, 0x698098d8); /* 9 */
    ff(d, a, b, c, x[ 9], S12, 0x8b44f7af); /* 10 */
    ff(c, d, a, b, x[10], S13, 0xffff5bb1); /* 11 */
    ff(b, c, d, a, x[11], S14, 0x895cd7be); /* 12 */
    ff(a, b, c, d, x[12], S11, 0x6b901122); /* 13 */
    ff(d, a, b, c, x[13], S12, 0xfd987193); /* 14 */
    ff(c, d, a, b, x[14], S13, 0xa679438e); /* 15 */
    ff(b, c, d, a, x[15], S14, 0x49b40821); /* 16 */

    /* 第 2 轮 */
    gg(a, b, c, d, x[ 1], S21, 0xf61e2562); /* 17 */
    gg(d, a, b, c, x[ 6], S22, 0xc040b340); /* 18 */
    gg(c, d, a, b, x[11], S23, 0x265e5a51); /* 19 */
    gg(b, c, d, a, x[ 0], S24, 0xe9b6c7aa); /* 20 */
    gg(a, b, c, d, x[ 5], S21, 0xd62f105d); /* 21 */
    gg(d, a, b, c, x[10], S22,  0x2441453); /* 22 */
    gg(c, d, a, b, x[15], S23, 0xd8a1e681); /* 23 */
    gg(b, c, d, a, x[ 4], S24, 0xe7d3fbc8); /* 24 */
    gg(a, b, c, d, x[ 9], S21, 0x21e1cde6); /* 25 */
    gg(d, a, b, c, x[14], S22, 0xc33707d6); /* 26 */
    gg(c, d, a, b, x[ 3], S23, 0xf4d50d87); /* 27 */
    gg(b, c, d, a, x[ 8], S24, 0x455a14ed); /* 28 */
    gg(a, b, c, d, x[13], S21, 0xa9e3e905); /* 29 */
    gg(d, a, b, c, x[ 2], S22, 0xfcefa3f8); /* 30 */
    gg(c, d, a, b, x[ 7], S23, 0x676f02d9); /* 31 */
    gg(b, c, d, a, x[12], S24, 0x8d2a4c8a); /* 32 */

    /* 第 3 轮 */
    hh(a, b, c, d, x[ 5], S31, 0xfffa3942); /* 33 */
    hh(d, a, b, c, x[ 8], S32, 0x8771f681); /* 34 */
    hh(c, d, a, b, x[11], S33, 0x6d9d6122); /* 35 */
    hh(b, c, d, a, x[14], S34, 0xfde5380c); /* 36 */
    hh(a, b, c, d, x[ 1], S31, 0xa4beea44); /* 37 */
    hh(d, a, b, c, x[ 4], S32, 0x4bdecfa9); /* 38 */
    hh(c, d, a, b, x[ 7], S33, 0xf6bb4b60); /* 39 */
    hh(b, c, d, a, x[10], S34, 0xbebfbc70); /* 40 */
    hh(a, b, c, d, x[13], S31, 0x289b7ec6); /* 41 */
    hh(d, a, b, c, x[ 0], S32, 0xeaa127fa); /* 42 */
    hh(c, d, a, b, x[ 3], S33, 0xd4ef3085); /* 43 */
    hh(b, c, d, a, x[ 6], S34,  0x4881d05); /* 44 */
    hh(a, b, c, d, x[ 9], S31, 0xd9d4d039); /* 45 */
    hh(d, a, b, c, x[12], S32, 0xe6db99e5); /* 46 */
    hh(c, d, a, b, x[15], S33, 0x1fa27cf8); /* 47 */
    hh(b, c, d, a, x[ 2], S34, 0xc4ac5665); /* 48 */

    /* 第 4 轮 */
    ii(a, b, c, d, x[ 0], S41, 0xf4292244); /* 49 */
    ii(d, a, b, c, x[ 7], S42, 0x432aff97); /* 50 */
    ii(c, d, a, b, x[14], S43, 0xab9423a7); /* 51 */
    ii(b, c, d, a, x[ 5], S44, 0xfc93a039); /* 52 */
    ii(a, b, c, d, x[12], S41, 0x655b59c3); /* 53 */
    ii(d, a, b, c, x[ 3], S42, 0x8f0ccc92); /* 54 */
    ii(c, d, a, b, x[10], S43, 0xffeff47d); /* 55 */
    ii(b, c, d, a, x[ 1], S44, 0x85845dd1); /* 56 */
    ii(a, b, c, d, x[ 8], S41, 0x6fa87e4f); /* 57 */
    ii(d, a, b, c, x[15], S42, 0xfe2ce6e0); /* 58 */
    ii(c, d, a, b, x[ 6], S43, 0xa3014314); /* 59 */
    ii(b, c, d, a, x[13], S44, 0x4e0811a1); /* 60 */
    ii(a, b, c, d, x[ 4], S41, 0xf7537e82); /* 61 */
    ii(d, a, b, c, x[11], S42, 0xbd3af235); /* 62 */
    ii(c, d, a, b, x[ 2], S43, 0x2ad7d2bb); /* 63 */
    ii(b, c, d, a, x[ 9], S44, 0xeb86d391); /* 64 */

    state[0] += a;
    state[1] += b;
    state[2] += c;
    state[3] += d;

    // 清零敏感信息
    memset(x, 0, sizeof x);
}

//////////////////////////////

// MD5 块更新操作。继续 MD5 消息摘要操作，处理另一个消息块
void Md5::update(const unsigned char input[], sizeType length)
{
    // 计算字节数 mod 64
    sizeType index = count[0] / 8 % blockSize;

    // 更新位数
    if ((count[0] += (length << 3)) < (length << 3))
        count[1]++;
    count[1] += (length >> 29);

    // 我们需要填充缓冲区的字节数
    sizeType firstpart = 64 - index;

    sizeType i;

    // 尽可能多地进行转换
    if (length >= firstpart)
    {
        // 先填充缓冲区，然后转换
        memcpy(&buffer[index], input, firstpart);
        transform(buffer);

        // 转换 blockSize (64 字节) 大小的块
        for (i = firstpart; i + blockSize <= length; i += blockSize)
            transform(&input[i]);

        index = 0;
    }
    else
        i = 0;

    // 缓冲剩余输入
    memcpy(&buffer[index], &input[i], length-i);
}

//////////////////////////////

// 为方便起见，提供一个带有有符号字符的版本
void Md5::update(const char input[], sizeType length)
{
    update((const unsigned char*)input, length);
}

//////////////////////////////

// MD5 完成。结束 MD5 消息摘要操作，写入消息摘要并清零上下文
Md5& Md5::finalize()
{
    static unsigned char padding[64] = {
        0x80, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
        0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
        0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
    };

    if (!finalized) {
        // 保存位数
        unsigned char bits[8];
        encode(bits, count, 8);

        // 填充到 56 mod 64
        sizeType index = count[0] / 8 % 64;
        sizeType padLen = (index < 56) ? (56 - index) : (120 - index);
        update(padding, padLen);

        // 附加长度（在填充之前）
        update(bits, 8);

        // 将状态存储在摘要中
        encode(digest, state, 16);

        // 清零敏感信息
        memset(buffer, 0, sizeof buffer);
        memset(count, 0, sizeof count);

        finalized = true;
    }

    return *this;
}

//////////////////////////////

// 返回摘要的十六进制表示形式作为字符串
std::string Md5::hexDigest() const
{
    if (!finalized)
        return "";

    char buf[33];
    for (int i=0; i<16; i++)
        sprintf(buf+i*2, "%02x", digest[i]);
    buf[32]=0;

    return std::string(buf);
}

std::string Md5::rawDigest() const{
    return std::string((char *)digest, sizeof(digest));
}

//////////////////////////////

std::ostream& operator<<(std::ostream& out, Md5 md5)
{
    return out << md5.hexDigest();
}

//////////////////////////////

std::string md5(const std::string str)
{
    Md5 md5 = Md5(str);

    return md5.hexDigest();
}
} /* namespace toolkit */
